BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi merupakan kebutuhan yang vital bagi kehidupan manusia. Akan tetapi, sampai saat ini cara memenuhi kebutuhan manusia akan energi masih bergantung pada minyak dan gas (migas). Eksploitasi yang dilakukan secara terus-menerus ini menyebabkan semakin menipisnya cadangan migas di bumi. Maka perlu dilakukannya pencarian sumber energy yang baru dan terbarukan untuk mengatasi pasokan energi di masa yang akan datang.

Salah satu sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk mengatasi krisis migas adalah air. Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Dengan memahami prinsip hydropower maka kita dapat mengaplikasikannya dalam menentukan ketinggian level air maksimum serta menentukan debit air yang keluar.

1.2 Identifikasi Masalah

Kajian yang akan dipelajari pada prsktikum ini adalah, bagaimana meningkatkan pemahaman konsep konversi energi dengan alat hidro power mekanik ini. Serta bagaimana meningkatkan efisiensi perolehan konversi energy dari hidro power mekanik ini sehingga tidak banyak energi keluarannya hilang.

1.3 Tujuan Percobaan

2. Memahami prinsip kerja system pembangkit hidro power mekanik.

3. Menentukan ketinggian level air maksimum yang dapat dicapai.

4. Menentukan debit air yang keluar pada beberapa ketinggian yang ditentukan1.4 Metode Percobaan

Memahami konsep-konsep dasar mengenai konversi energy lalu melakukan praktikum dengan mengidentifikasi besaran-besaran yang terkait dan mengambil data. Setelah itu menganalisa data dan membandingkan data yang di peroleh dengan literatur.1.5 Sistematika Penulisan

Laporan ini tersusun atas tiga bab yaitu :

Bab I, berisi pendahuluan yang menyertakan latar belakang, identifikasi masalah, tujuan percobaan, metoda percobaan, sistematika penulisan dan waktu dan tempat percobaan.

Bab II, menuliskan tinjauan pustaka yang berisi tentang teori dan hukum-hukum yang mendasari dari percobaan termoelektrik konverter.

Bab III, metodologi percobaan yang terdiri dari alat percobaan dan fungsinya, dan prosedur percobaan yang menjelaskan langkah kerja dalam melakukan praktikum.

Serta daftar pustaka sebagai daftar refrensi teori yang dituliskan.

1.6 Waktu dan Tempat Percobaan

Hari/Tanggal: Selasa, 04 November 2014

Waktu

: 10.30 13.30Tempat: Laboratorium Energi Jurusan Fisika

FMIPA UNPAD

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan.

Energi dalam pengetahuan teknologi dan fisika dapat diartikan sebagai kemampuan melakukan kerja. Energi di dalam alam adalah suatu besaran yang kekal (hukum termodinamika pertama). Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversikan/berubah dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain, misalnya pada kompor di dapur, energi yang tersimpan dalam minyak tanah diubah menjadi api. Selanjutnya jika api digunakan untuk memanaskan air dalam panci, energi berubah bentuk lagi menjadi gerak molekul-molekul air. Perubahan bentuk energi ini disebut konversi. Sedangkan perpindahan energi disebabkan adanya perbedaan temperatur yang disebut kalor. Energi juga dapat dipindahkan dari suatu sistem ke sistem yang lain melalui gaya yang mengakibatkan pergeseran posisi benda. Transfer energi ini adalah kemampuan suatu sistem untuk menghasilkan suatu kerja yang pengaruh/berguna bagi kebutuhan manusia secara positif. Jadi energi adalah suatu kuantitas yang kekal, dapat berubah bentuk, dan dapat pindah dari satu sistem ke sistem yang lain, akan tetapi jumlah keseluruhannya adalah tetap.

Macam-macam Energi :

Energi Mekanik

Energi Listrik

Energi Kimia

Energi Nuklir

Energi Termal (Panas)

Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dan instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari istalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.Hydropower merupakan salah satu tipe pembangkit yang ramah lingkungan, karena menggunakan air sebagai energi primernya. Energi primer air dengan ketinggian tertentu digunakan untuk menggerakkan turbin yang dikopel dengan generator.

Hydropower memiliki komponen sebagai berikut:

1. Waduk

= tempat menampung air sungai

2. Main Gate

= pintu air utama

3. Bendungan

= penahan laju sungai

4. Penstock

= pipa yang nyalurin air dari waduk ke pembangkit

5. Katup Utama= katup buka/tutup

6. Turbin

= yang digerakan oleh air

7. Generator

= pengubah energi mekanik jadi energi listrik

8. Draftube

= penampung air sebelum dibuang

9. Tailrace

= pembuangan air

10. Transformator= pengubah listrik

11. Switchyard

= pengatur listrik

12. Kabel Transmisi= distributor listrik

13. Spillways

= air waduk yang lebih keluar lewat sinis

Gambar 2. Skema Konversi Energi Hidropower

Untuk bisa menghasilkan energi listrik dari air, harus melalui beberapa tahapan perubahan energi, yaitu:

1. Energi Potensial

Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian.

Besarnya energi potensial yaitu:

Ep = m . g . h

Dimana:

Ep: Energi Potensial

m: massa (kg)

g: gravitasi (9.8 kg/m2)

h: head (m)

2. Energi Kinetis

Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan

Ek = 0,5 m . v . v

Dimana:

Ek: Energi kinetis

m : massa (kg)

v : kecepatan (m/s)

3. Energi Mekanis

Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis

dirumuskan:

Em = T . . t

Dimana:

Em : Energi mekanis

T : torsi

: sudut putar

t : waktu (s)

4. Energi Listrik

Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:

El = V . I . t

Dimana:

El : Energi Listrik

V : tegangan (Volt)

I : Arus (Ampere)

t : waktu (s)

DEBIT AIR

Ukuran debit air akan menentukan besarnya energi yang mampu dihasilkan. Debit juga akan menentukan ukuran dan jenis turbin yang akan digunakan. Pengukuran debit aliran sungai biasanya dilakukan dengan menggunakan alat Current Meter Counter, pengukuran dilakukan di sepanjang penampang melintang sungai. Dan bisa dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

dengan

Q :Debit Aliran (m/s)

v :Kecepatan Aliran (m/s)

A :Luas Penampang (m)

Prinsip Kerja Turbin Air

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

Tabel 1.1 Pengelompokan Turbin

high headmedium headlow head

impulse turbinesPeltonTurgocross-flowmulti-jet PeltonTurgocross-flow

reaction turbinesFrancispropellerKaplan

Turbin Impuls

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Contoh turbin impuls: Turbin Pelton, Turbin Turgo, dan Turbin Crossflow.

Gambar 3. Turbin Crossflow

Turbin Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. Contohnya: Turbin Francis dan Turbin Kaplan dan Propeller.

Gambar 4. Sketsa Turbin Francis

Gambar 5. Turbin Kaplan

BAB III

METODA PERCOBAAN

Alat dan Bahan Percobaan

1. Tendon air (reservoir): merupakan alat untuk menyimpan air pada ketinggian tertentu sehingga memiliki energi potensial dan nantinya air tersebut akan dijatuhkan ke dalam pipa air

2. Pipa air: menyalurkan air dari tendon air/reservoir ke turbin

3. Katup pengatur air: untuk menagtur volume air yang akan dijatuhkan atau disalurkan melalui pipa air

4. Turbin: dapat berputar akibat adanya aliran air dalam pipa air sehingga juga dapat memutar transmisi daya

5. Poros transmisi daya: poros dari gir yang berputar akibat putaran turbin

6. Pulley: digunakan untuk mengubah kecepatan sudut rotasi yang dipersaratkan untuk menggerakkan sudu-sudu pompa

7. Tendon air kedua: tempat penyimpanan air kedua

8. Pipa air keluar: saluran tempat keluar air

9. Tendon air buangan: tempat pembuangan air

Prosedur percobaanMenghitung debit air, laju air dan energi potensial air

1. Memeriksa terlebih dahulu semua komponen peralatan seperti yang terlihat pada Gambar 1.

2. Mengukur diameter dalam pipa 2 dan pipa 8 dengan menggunakan jangka sorong, melakukan 3 kali pengukuran.

3. Memastikan katup penutup air dalam keadaan tertutup, lalu mengisi tandon 1 dan tandon 7 sampai penuh.

4. Menyiapkan stopwatch yang akan digunakan untuk mengukur debit air yang keluar dari pipa 2, menyiapkan juga penampuang air buangan yang berskala.

5. Membuka katup 3, mencatat waktu yang diperlukan untuk mengosongkan tandon 1 dan mencatat volume air yang ada dibuangan.

6. Melakukan prosedur 3, 4 dan 5 tiga kali pengulangan. Mencari perbedaan hasil pengukuran laju alir melalui persamaan kontinuitas dan hokum kekekalan energi dan menjelaskan perbedaan mengapa demikian jika ada perbedaannya, serta mengukur ketinggian air maksimum yang dapat dicapai pada pipa 8, hal ini adalah head maksimum yang dapat dicapai oleh pompa.

Tugas Pendahuluan1. Jelaskan fungsi masing masing komponen peralatan yang ada pada mesin hidropower mekanik ?

Pulley ( katrol )

Suatu roda dengan bagian berongga di sepanjang sisinya untuk tempat tali

atau kabel. Katrol biasanya digunakan dalam suatu rangkaian yang dirancang untuk mengurangi jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat suatu beban. Walaupun demikian, jumlah usaha yang dilakukan untuk membuat beban tersebut mencapai tinggi yang sama adalah sama dengan yang diperlukan tanpa menggunakan katrol. Besarnya gaya memang dikurangi, tapi gaya tersebut harus bekerja atas jarak yang lebih jauh. Usaha yang diperlukan untuk mengangkat suatu beban secara kasar sama dengan berat beban dibagi jumlah roda. Semakin banyak roda yang ada, sistem semakin tidak efisien karena akan timbul lebih banyak gesekan antara tali dan roa. Katrol adalah salah satu dari enam jenis pesawat sederhana.

Poros transmisi

Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll.

Turbin

Turbin adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade". Fluida yang bergerak menjadikan baling-baling berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor. Contoh turbin awal adalah kincir angin dan roda air.

Pompa air

Pompa air adalah alat yang digunakan untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan ketinggian atau hambatan gesek.

2. Prinsip kerja peralatan seperti pada soal nomor 1

Turbin

Energi mekanis dari fluida tertentu di konversi menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Pada pompa energy putar tersebut digunakan untuk memutar turbin yang terdapat pada pompa, sehingga pompa tersebut dapat memindahkan suatu cairan dari suatu tepat ke tempat yang lain.

Pompa air

Cara kerjanya adalah memindahkan energi pada daun/kipas pompa dengan

dasar pembelokan/pengubah aliran (fluid dynamics). Kapasitas yang di hasilkan oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan putaran, sedangkan total head (tekanan) yang di hasilkan oleh pompa sentrifugal adalah sebanding dengan pangkat dua dari kecepatan putaran.

Pulley

Saat gesekan diabaikan pada pulley, keuntungan mekanik diperoleh dapat

dihitung dengan menghitung jumlah panjang tali mengerahkan gaya pada

beban. Karena ketegangan di setiap panjang tali adalah sama dengan gaya

yang bekerja pada ujung bebas tali, keuntungan mekanik hanya sama dengan jumlah tali menarik beban.

3. Jelaskan bahwa mesin ini dapat mengairi sawah yang terletak jauh ?

Sebagaimana diketahui pompa adalah suatu alat untuk menaikan level air, pada pompa turbin ganda ini memiliki 2 turbin dimana turbin pertama diputarkan oleh aliran air yang kemudian turbin tersebut dikopel dengan turbin ke dua yang ada di dalam pompa, sehingga pompa tersebut akan menaikan level air.

4. Apa yang dimaksud dengan Efisiensi mesin?

Suatu ukuran dalam membandingkan rencana penggunaan masukan dengan penggunaan yang direalisasikan atau perkataan lain penggunaan yang sebenarnya. Efisiensi juga bias di sebut perbandingan yang terbaik antara input output.

_1476472762.unknown